铁芯接地测量及解决办法
发布时间：2016-10-13 09:20 来源：华电国威
目前，我国制造的大中型变压器的铁芯都经一只套管引至油箱体外部接地。这是因为电力变压器在正常运行时，绕组周围存在电场，而铁芯和夹件等金属构件处于该电场之中，且场强各异。若铁芯不可靠接地，则产生充放电现象，损坏其固体和油绝缘。因此，铁芯必须有一点可靠接地。如果铁芯由于某种原因在某位置出现另一点接地时，形成闭合回路，则正常接地的引线上就会有环流，这就是人们常说的铁芯多点接地故障。变压器的铁芯多点接地后，一方面会造成铁芯局部短路过热，严重时，会造成铁芯局部烧损，酿成更换铁芯硅钢片的重大故障。另一方面由于铁芯的正常接地线产生环流，引起变压器局部过热，也可能产生放电性故障。有关统计资料表明，因铁芯多点接地造成的事故占变压器总事故的第三位。本文通过毕节供电局东关变SFSL-20000/110型三圈变现场吊芯检修实例，对变压器铁芯多点接地的分析判断和处理方法逐一介绍。
一、铁芯多点接地故障的判断
1、测量铁芯绝缘电阻：铁芯绝缘电阻为零或很低，则表明可能存在铁芯接地故障.
2、监视接地线中环流：对铁芯或夹件通过小套管引起接地的变压器，应监视接地线中是否有环流，如有，则要使变压器停运，测量铁芯的绝缘电阻。
3、气相色谱分析：利用气相色谱分析法，对油中含气量进行分析，也是发现变压器铁芯接地最有效的方法。发现铁芯接地故障的变压器，其油色谱分析数据通常有以下特征：总烃含量超过“变压器油中溶解气体和判断导则”(GB7252-87)规定的注意值(150μL/L)，其中乙烯(C2H4)、甲烷(C2H2)含量低或不出现，即未达到规定注意值(5μL/L)。若出现乙炔也超过注意值时，则可能是动态接地故障。气相色谱分析法可与前两种方法综合起来，共同判定铁芯是否多点接地。
二、现场简易处理方法
1、不吊芯临时串接限流电阻
运行中发现变压器铁芯多点接地故障后，为保证设备的安全，均需停电进行吊芯检查和处理。但对于系统暂不允许停电检查的，可采用在外引铁芯接地回路上串接电阻的临时应急措施，以限制铁芯接地回路的环流，防止故障进一步恶化。
在串接电阻前，分别对铁芯接地回路的环流和开路电压进行测量，然后计算应串电阻阻值。注意所串电阻不宜太大，以保护铁芯基本处于地电位;也不宜太小，以能将环流限制在0.1A以下。同时还需注意所串电阻的热容量，以防烧坏电阻造成铁芯开路。
2、吊芯检查
(1)分部测量各夹件或穿心螺杆对铁芯(两分半式铁芯可将中间连片打开)的绝缘以逐步缩小故障查找范围。
(2)检查各间隙、槽部重点部位有无螺帽、硅钢片、废料等金属杂物。
(3)清除铁芯或绝缘垫片上的铁锈或油泥，对铁芯底部看不到的地方用铁丝进行清理。
(4)对各间隙进行油冲洗或氮气冲吹清理。
(5)用榔头敲击振动夹件，同时用摇表监测，看绝缘是否发生变化，查找并消除动态接地点。
3、放电冲击法
由于受变压器身在空气中暴露时间不宜太长的限制，以及变压器本身装配形式的制约，现场很多情况下无法找到其具体确切接地点。特别是铁锈焊渣悬浮、油泥沉积造成的多点接地，更是难于查找。此类故障可采用放电冲击法，这种方法要根据现场具体情况、接地方式和接地程度，在吊芯或不吊芯状态下可进行。
现场应用时，主要有电容直流电压法和电焊机交流电流法。电焊机交流电流法只适用于金属性接地故障，但电流不好控制，而现场这种情况极少，接地电阻大都几百欧以上。电容直流电压法现场取材较困难，操作不便且不安全，也不宜推广。根据检修实例和现场经验，本文介绍一种安全可靠、操作简便，而且利于快速就地取材的方法。这种方法就是利用高压电气试验用升压变压器进行放电冲击。现场应用时注意换算好二次电压，由于铁芯对地绝缘垫片很薄，故二次电压不能高于2500V。
三、现场实例
毕节供电局工作人员对东关变2#三圈变(SFSL-20000/110)进行吊芯大修时发现铁芯积铁锈很多，铁芯对夹件绝缘为0.15MΩ(用500V摇表摇测)，用数字万用表测得电阻值约为990kΩ，故判定铁芯出现非金属性多点接地故障，处理步骤如下：
1、对各绝缘薄弱重点部分进行外观检查，未发现有明显接地点和放电痕迹。
2、分部摇测两分半铁芯对夹件绝缘，其中一半绝缘为500MΩ，另一半为0.15MΩ，说明是一侧铁芯多点接地。
3、以接地一侧为重点，对铁芯和绝缘垫片的铁锈、油泥等杂物进行清理后，绝缘电阻无变化。
4、分别摇测现场能够测到的绝缘片的表面绝缘电阻，均未发现问题。
5、用榔头敲击振动夹件，同时用摇表监测绝缘电阻，没有发现变化。
6、在箱体内对铁芯进行了两次油泥冲洗后，接地现象仍未消失。
7、根据以上检查，分析认定是由于悬浮铁锈在电磁力的作用下，沉积在线圈内部夹件与铁芯的绝缘表面上形成稳定的非金属性接地故障，故决定用放电冲击法。利用现场电气试验班组的升压变压器进行慢慢升压放电(一定注意电流和电压的变化缓缓操作，电压不允许超过2500V)。当升至1000V左右时，听见线圈内部“砰”的一声，接着停止测量绝缘电阻，发现绝缘电阻升至3MΩ。当升至1650V左右时，又听见线圈内部“砰”的一声，停下测量绝缘电阻，发现绝缘电阻已上升到500MΩ。至此，多点接地故障已消除。
四、建议
1、运行中的变压器最好能在铁芯接地线上装设电流表，便于及时发现故障。特别是在放电冲击法消除接地现象后，更要加强监视，防止再次形成故障。
2、当出现铁芯多点接地故障时，要进行综合测定和全面分析检查后，再视现场具体情况选择处理方案，切不可盲目进行放电冲击或电焊烧除，以免造成绝缘损坏，使故障扩大。
3、每次吊芯大修时，一定要清洁油箱底部的油泥铁锈等杂物，并用油进行一次全面冲洗。
4、加强潜油泵及冷却器的检修，防止由于轴承的磨损或金属的剥落，引起变压器铁芯多点接地故障。
变压器铁芯多点接地判断及处理方法
变压器铁芯多点接地是变压器的一种常见故障。准确、及时地诊断与处理变压器铁芯多点接地故障，对保证变压器安全运行具有重要意义。下面结合实际工作经验和大家谈谈有关变压器的多点接地问题。
多点接地原因分析
多点接地原因有许多，最常见的有铁芯碰壳、碰夹件。这种现象常因为安装完毕后，由于疏忽，未将油箱顶盖上运输用的稳钉翻转过来或拆除掉，导致铁芯与箱壳相碰、铁芯夹件肢板碰触铁芯柱硅钢片翘曲触及夹件肢板、铁芯下夹件垫脚与铁轭间纸板脱落、垫脚与硅钢片相碰、温度计座套过长与夹件或铁轭、芯柱相碰等造成。
第二种原因是铁芯绝缘受潮或损伤，如底沉积油泥及水分，绝缘电阻下降，夹件绝缘、垫铁绝缘、铁盒绝缘（纸板或木块）受潮或损坏等，导致铁芯高阻多点接地。
此外，有时，由于螺栓钢座套过长，造成与硅钢片短接，箱内有多余的金属物（如铁丝、工具），使硅钢片局部短路。还有时因为变压器内存在导电悬浮物，这些悬浮物在电磁场的作用下，形成导电小桥，使铁芯与变压器外壳短路。
多点接地判断
通常，判断铁芯多点接地可以采取如下三种方法。
1.测量铁芯绝缘电阻，如铁芯绝缘电阻为零或很低，则表明可能存在铁芯接地故障。
2.监视接地线中环流，对铁芯或夹件通过小套管引起接地的变压器，应监视接地线中是否有环泫，如有，则要使变压器停运，测量铁芯的绝缘电阻。
3.通过气相色谱分析，利用气相色谱分析法，对油中含气量进行分析，也是发现变压器铁芯接地最有效的方法。发现铁芯接地故障的变压器，其油色谱分析数据通常有以下特征：总烃含量超过“变压器油中溶解气体和判断导则”（GB7252-87）规定的注意值（150μL/L），其中乙烯、甲烷含量低或不出现，即未达到规定注意值（5μL/L）。若出现乙炔也超过注意值，则可能是动态接地故障。气相色谱分析法可与前两种方法综合起来，共同判定铁芯是否多点接地。
处理措施
一般来说，处理铁芯与夹件支板相碰，或者下夹件支板因距铁芯柱或铁轭的机械距离不够，变压器在运输或运行过程中受到冲击或震动，使铁芯或夹件产生位移后两者相碰所造成的铁芯多点接地故障，应在故障点所处部位，即铁芯央作支板和铁芯硅钢片碰触部位，垫入2毫米厚的绝缘纸板2～3层，并将基固定牢靠。
如果是上、下铁轭表面硅钢片由波浪凸起在夹件油道两垫条之间，与穿芯螺杆的钢座套或夹件相碰，引起线芯多点接地，处理方法是将钢座套锯短，使之与硅钢片距离不小于5毫米；在与夹件碰接处垫2毫米厚绝缘纸板2～3层并加以固定即可。
如果是穿芯螺杆与钢座套相碰，通常因铁芯方铁与铁轭硅钢片之间的间隙太大，在吊起器身时，不是方铁先受力，而是穿芯螺杆先受力，致使在穿芯螺杆上套装的电木绝缘管被挤环，使穿芯螺杆和钢座套相碰，造成铁芯多点接地。处理方法是更换被挤坏的绝缘套简，减小铁芯方铁与铁芯硅钢片之的距离，在吊起器身时，使方铁受力先于铁芯的穿芯螺杆。
当下铁轭与箱底桥接短路，由于变压器铁芯底部垫脚绝缘薄弱受损或因油泥等杂质沉淀于箱底，造成铁芯下铁轭与油箱底部相连接，形成铁芯多点接地时，应将油箱底部清理干净，找出并除去“搭桥”的导电体。
油箱内有多余的金属物，由于多余的金属物，使硅钢片局部短路。处理方法是吊芯，清除干净。
铁芯受潮，导致铁芯高阻多点接地。处理方法是烘干铁芯，并过滤油或换油。
变压器铁芯接地故障的研究
变压器的铁芯可靠接地是通过套管来引出。当变压器的铁芯在某一个位置出现另外一点接地时均会产生环流情况,这样就发生了变压器的铁芯接地故障。其产生的后果是会造成变压器铁芯局部过热,使瓦斯继电器动作频繁,特别严重时会烧损局部变压器铁芯,造成事故。据有关资料统计,因为变压器铁芯问题引起的变压器故障,占变压器故障量的第三位。
一、变压器铁芯多点接地的判断方法
变压器铁芯的多点接地故障的特征为:变压器铁芯局部过热,损耗增加;造成变压器的温升,导致变压器油分解,产生的气体随即溶解于油中,最终引起变压器油性能下降,从而使油中总烃超标;与此同时变压器油中气体不断增加并析出,引起瓦斯继电器动作发信号，严重的会引起变压器跳闸。,从以下几方面可以判断变压器铁芯多点接地。
(1)测量铁芯绝缘电阻。例如变压器铁芯绝缘电阻为零或很低时,则说明变压器可能存在铁芯接地故障。
(2)变压器空载试验。正常情况下空载试验数据和变压器出厂值变化不大。当发生铁芯故障时,变压器空载损耗和空载电流都有显著变化,我们也可采用低电压试验,通过对比也会发现铁芯故障缺陷。
(3)监测变压器接地线中环流。变压器的铁芯或夹件通过小套管引出接地的,通过监视变压器接地线中有无环流,当接地线中有环流时，,则要停运变压器测量铁芯的绝缘电阻。
(4)变压器气相色谱分析。通过实践我们发现, 变压器铁芯接地最有效的检测方法是利用气相色谱法,对油中含气量进行分析。当变压器发生铁芯接地故障时,变压器油色谱通常有以下特点:①烃含量超过《变压器油中溶解气体分析和判断导则》规定的注意值(150μL/L),并且甲烷(CH4) 和乙烯(C2H4)所占比重较大,乙炔(C2H2)相对低或没有,即未达到导则规定注意值(5μL/L)。例如通过分析某变压器测得的色谱数据,虽然分析结果中出现了，虽然乙炔含量低但超过导则规定的注意值时,则一般这种接地故障不是变压器铁芯不是死接地,可能存在变压器间隙放电现象。②通过三比值法判断故障性质看,特征气体的比值编码为022;故障性质为“温度高于700℃范围的热故障”。③故障点估算温度值范围为700~1000℃。对于故障性质的判断和热点温度估算采用经验公式:T=322log(C2H4/C2H6)+525℃。
通过对变压器故障性质判断和热点温度的估算, ,当确认不是其他原因而是色谱分析出现情况,并且测得铁芯绝缘电阻为零或很低及铁芯接地回路中有环流,这样就可以判定该变压器发生了铁芯多点接地故障。
二、铁芯接地故障的处理
1.运行中的变压器应急处理。运行中变压器发现铁芯多点接地故障时,应先保证变压器的安全运行,正常情况下应进行停电吊罩检查处理。有些系统运行方式不允许长时间停电检查的,一般采用在变压器外引铁芯接地回路上串接电阻,通过串接电阻限制铁芯接地回路上的环流以防止故障的恶化。
2.变压器吊罩变压器吊罩检查。虽然在铁芯接地回路中串接电阻有一定的作用,但根本上没有消除故障,变压器铁芯接地回路仍存在问题。所以最有效的检查处理办法是吊开钟罩对变压器铁芯可能接地的部位进行检查处理。
为了降低变压器器身在空气中的暴露时间,提高检修效率和检查质量 ,应在解开变压器铁芯与夹件等连接片后做如下检查处理:
(1)测量穿心螺杆对铁芯的绝缘。如果测得绝缘电阻为零,则应取出穿心螺杆检查绝缘管有无损坏、螺纹附近有无铁屑、紧固螺母附近的绝缘垫片有无破损等。
(2)检查变压器上下铁轭的端面与夹件和边柱拉板与下夹件等各间隙处有无金属异物。并对各间隙进行氮气冲吹清理或油冲洗。
(3)对变压器铁芯底部的金属杂物可采用白布或薄塑板通过穿入缝隙中往返抽拉进行清除。一般情况下通过上述方法均能发现故障点杂物引起的故障并消除该接地故障。
(3)电容放电排除法。由于铁芯毛刺、铁锈和焊渣的积聚引起的接地故障,排除故障需要烧掉毛刺,采用吊罩检查处理办法效果不明显时,通常采用电容放电法。
(4)其他处理法。对于室内的变压器而言，在进行变压器吊罩处理时需要拖至室外进行,这给变压器检修处理带来一定的困难。当室内变压器的铁芯发生接地故障时,应先采用不吊罩处理铁芯接地故障的方法。
三、结束语。
总之，电力变压器是非常重要的一次设备，它承担着电压变换，电能分配和传输，它的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证。必须从以下几个方面入手，最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。
(1)变压器铁芯的接地故障,可能引起变压器铁芯的局部过热。并且从变压器油色谱分析判断为“高于700℃高温范围的过热性故障”,同时具有铁芯对地绝缘电阻为零或很低和铁芯接地回路有环流等特征。
(2)在变压器铁芯接地回路串接电阻是一种应急措施是可行的。一般情况下串接电阻不能太大,这样保证变压器铁芯基本处于接地电位;当然串接电阻也不能太小,一般将环流限制在0.5 A以下;这样防止串接电阻的热容量烧坏电阻造成变压器铁芯开路。
(3)当发生变压器铁芯毛刺引起的接地故障时,通过吊罩检查处理无效的情况下,一般采用电容放电法来烧掉毛刺。因为铁芯对地绝缘垫片较薄,所以应当注意冲击电压不能加得过高。
(4)对于动态性质的、在变压器铁芯底部由金属异物引起的接地故障,当变压器吊芯检查有一定困难时,应先通过变压器不吊罩处理铁芯接地故障的方法来处理。
(5)从运行中变压器铁芯接地故障检修来看,大部分为箱底不清洁物质引起，所以变压器在投运前检修部门应严格进行投运前的吊芯检查。
参考文献：
[1] 徐树铨.电力变压器运行.1993.
[2] DT/T572-1995，电力变压器运行规程[S].
[3] 何首贤.供配电技术[M].北京：中国水利水电出版社，2005：126.
